(57)【要約】  バッテリーモジュール（１４０）は、バッテリーモジュール（１４０）を電源（５０５）に接続するための充電端子（５０３、５０４）と、バッテリーセル構成（２１０）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（５１０）とを含む。バッテリーセル構成（２１０）の第１の端子（５０１）は、第１の充電端子（５０３）に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ（５１０）の入力端子（５１１）はバッテリーセル構成（２１０）の第２の端子（５０２）に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ（５１０）の他の入力端子（５１２）は第２の充電端子（５０４）に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ（５１０）の出力端子（５１３）は、バッテリーセル構成（２１０）の第１の端子（５０１）に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ（５１０）は、その入力端子（５１１，５１２）で受信した入力電圧（Ｕ３）を、ＤＣ−ＤＣコンバータ（５１０）の出力端子（５１３）における出力電圧（Ｕ２）に変換する。出力電圧（Ｕ２）は入力電圧（Ｕ３）より高い。バッテリーモジュール（１４０）は、例えば、モバイル通信基地局におけるバックアップ電源として使用されてもよい。スイッチ構成（５２０）は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータがバイパスされることを可能にしてもよい。【選択図】図５
2019527008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーモジュール（１４０、７００、９００）であって、
前記バッテリーモジュールを電源（５０５）に接続するための第１および第２の充電端子（５０３，５０４，７０３，７０４）と、
第１および第２の端子（５０１，５０２，７０１，７０２）を持つバッテリーセル構成（２１０）と、
直流−直流コンバータ（５１０，７１０，９１０）と、
を具備し、
前記バッテリーセル構成の前記第１の端子（５０１，７０１）は前記第１の充電端子（５０３，７０３）に接続され、前記コンバータの入力端子（５１１，７１１，９１１）は前記バッテリーセル構成の前記第２の端子（５０２，７０２）に接続され、前記コンバータの他の入力端子（５１２，７１２，９１２）は前記第２の充電端子（５０４，７０４）に接続され、前記コンバータの出力端子（５１３，７１３，９１３）は前記バッテリーセル構成の前記第１の端子に接続され、前記コンバータは、前記コンバータの前記入力端子で受信された入力電圧（Ｕ３）を前記コンバータの前記出力端子における出力電圧（Ｕ２）に変換するように適用され、前記出力電圧は前記入力電圧より高い、
バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記コンバータは、前記充電端子に前記電圧（Ｕ１）が印加された場合に、前記バッテリーセル構成の充電電流（Ｉ１）を制限するように適用される、請求項１のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記コンバータは、その入力端子に印加される電圧（Ｕ３）のレベルの範囲に対して、その入力端子においてある電力レベルを維持するように適用される、請求項１ないし請求項２のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記コンバータは、前記充電端子に印加される電圧（Ｕ１）のレベルの範囲に対して、前記バッテリーセル構成の充電中にその入力端子におけるある電力レベルを維持するように適用される、請求項１ないし請求項３のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記コンバータは、その入力端子に印加される電圧（Ｕ３）のレベルの範囲に対して、その入力端子における電流（Ｉ２）のあるレベルを維持するように適用される、請求項１ないし請求項４のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記コンバータは、前記バッテリーセル構成の充電中に
第１の電流（Ｉ２）が前記コンバータの前記入力端子に供給され、
第２の電流（Ｉ３）が前記コンバータの前記出力端子に供給され、
前記バッテリーセル構成の充電電流（Ｉ１）が少なくとも前記第１および第２の電流の合計に対応する、
ように構成される、請求項１ないし請求項５のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記コンバータは、前記バッテリーセル構成の充電中に、前記充電端子に印加される電圧（Ｕ１）が少なくとも前記バッテリーセル構成と前記コンバータの前記入力端子との間で分割されるように、構成される、請求項１ないし請求項６のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記コンバータがバイパスされるように前記バッテリーセル構成の前記第２の端子が前記第２の充電端子に接続される第１のモード（８１０）で、および、前記バッテリーセル構成の前記第２の端子が前記第２の充電端子から切り離される第２のモード（８２０）で、動作可能なスイッチ構成（５２０，５２１，５２２，７２０）をさらに具備する、請求項１ないし請求項７のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項９】
前記バッテリーモジュールにおける状態の検出に応答して、前記第１のモードから前記第２のモードに切り替える（８３９）ための前記スイッチ構成を制御するコントローラ（２４０）をさらに具備する、請求項８のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
前記状態は、
前記バッテリーセル構成の充電電流（Ｉ１）が閾値を超えることと、
前記バッテリーセル構成の温度が閾値を超えることと、
前記バッテリーセル構成内のセル（２１１）における電圧が閾値を超えることと、
前記バッテリーセル構成内のセル（２１１）における電圧が閾値を下回ることと、
のうちの少なくとも１つを具備する、請求項９のバッテリーモジュール。
【請求項１１】
前記コンバータは、前記コンバータの前記入力端子に印加される電圧（Ｕ３）が閾値を下回ることに応答して、前記第２のモードから前記第１のモードに切り替える（８４０）ための前記スイッチ構成を制御する、請求項８ないし請求項１０のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項１２】
前記スイッチ構成は、前記バッテリーセル構成を放電するための第３のモード（８３０）で動作可能である、請求項８ないし請求項１１のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項１３】
前記コンバータは前記バッテリーモジュールの一体部分である、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項１４】
前記バッテリーセル構成は、リチウムまたはリチウムイオンを具備する、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項１５】
前記コンバータは、前記バッテリーセル構成の前記第２の端子に接続されている他の出力端子（５１４，７１４）を持つ、請求項１ないし請求項１４のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項１６】
前記バッテリーセル構成の前記第１の端子（５０１）は、前記バッテリーセル構成の前記第２の端子よりも高い電位を持つ、請求項１ないし請求項１５のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項１７】
前記バッテリーセル構成は複数のバッテリーセル（２１１）を具備する、請求項１ないし請求項１６のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項１８】
前記バッテリーセル構成および前記コンバータが配置されるケーシングをさらに具備する、請求項１ないし請求項１７のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項１９】
前記充電端子を介して直流電源に接続された場合に、前記バッテリーセル構成を充電するように適用される、請求項１ないし請求項１８のいずれか１項のバッテリーモジュール。
【請求項２０】
無線通信基地局（１００）であって、
通信モジュール（１１０）と、
前記通信モジュールに電力を供給するために、前記通信モジュールを主電源（１５０）に接続するように構成されたコネクタ（１２０，１３０）と、
前記請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に定義されたバッテリーモジュール（１４０，７００，９００）と、
を具備し、前記バッテリーモジュールはバックアップ電源として前記通信モジュールに接続されている、無線通信基地局。
【請求項２１】
主電源が利用不可の場合に、前記バッテリーモジュールのスイッチ構成を制御することによって、前記バッテリーモジュールの前記バッテリーセル構成を、前記通信モジュールに電力を供給するために放電させるコントローラを具備する、請求項２０の無線通信基地局。
【請求項２２】
主電源が利用可能な場合に、前記バッテリーモジュールのスイッチ構成を制御することによって、前記バッテリーモジュールの前記バッテリーセル構成を、前記主電源を使用して充電させるコントローラを具備する、請求項２０ないし請求項２１のいずれか１項の無線通信基地局。
【請求項２３】
第１および第２の充電端子（５０３，５０４，７０３，７０４）、バッテリーセル構成（２１０）、および。直流−直流コンバータ（５１０，７１０，９０４）を具備するバッテリーモジュール（１４０，７００，９００）において実行される方法であって、
前記バッテリーセル構成を充電するために前記充電端子に電圧（Ｕ１）を印加することと、
前記バッテリーモジュールにおける第１の状態の検出に応答して、前記充電端子に印加される前記電圧が少なくとも前記バッテリーセル構成と前記コンバータの入力端子（５１１，５１２，７１１，７１２）との間で分割される、および、前記バッテリーセル構成の充電電圧（Ｉ１）が前記コンバータの前記入力端子間に供給される電流（Ｉ２）と前記コンバータの出力端子（５１３，７１３，９１３）に供給される電流（Ｉ３）との合計に対応する、モード（８２０）に切り替えること（８３０）と、
を具備する、方法。
【請求項２４】
前記第１の状態は、
前記バッテリーセル構成の充電電流が閾値を超えること、
前記バッテリーセル構成の温度が閾値を超えることと、
前記バッテリーセル構成内のセル（２１１）における電圧が閾値を超えることと、
前記バッテリーセル構成内のセル（２１１）における電圧が閾値を下回ることと、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記バッテリーモジュールにおける第２の状態に応答して、前記コンバータがバイパスされるモード（８１０）に切り替えること（８４０）を、さらに具備する、請求項２３ないし請求項２４のいずれか１項の方法。
【請求項２６】
前記第２の状態は、前記コンバータの前記入力端子における電圧（Ｕ３）が閾値を下回ることである、請求項２５の方法。
【請求項２７】
モバイル通信基地局（１００）の主電源（１５０）が利用不可能であることに応答して、前記モバイル通信基地局の通信モジュール（１１０）に電力を供給するために前記バッテリーセル構成を放電すること（８３０）を、さらに具備する、請求項２３ないし請求項２６のいずれか１項の方法。
【請求項２８】
モバイル通信基地局の主電源（１５０）が利用可能であることに応答して、前記主電源を使用して前記バッテリーセル構成を充電すること（８１０，８２０）を、具備する、請求項２３ないし請求項２７のいずれか１項の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、バッテリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
充電式バッテリーは、例えば電気自動車において、モバイル電話などのハンドヘルドデバイスにおいて、または、モバイル通信基地局などの固定機器におけるバックアップ電源として、様々な設定で使用される。多くの場合、ライン電源（または商用電源）のような主電源が利用可能であるときには、バッテリーを迅速かつ効率的に充電することが望ましい。しかしながら、充電中、バッテリーは、高充電電流および／または高温に対して脆弱な場合がある。高温および／または高充電電流は、バッテリーを損傷し得、および／または、バッテリーの性能を低下させ得るバッテリーに望ましくない化学反応を引き起こす場合がある。複数のバッテリーセルを含むバッテリーでは、セル間の不均衡を回避するためにセル間の充電電流の分布を監視および制御することが重要であり、そうでなければバッテリーの性能が低下する場合、および／または、バッテリーのセルが破損する場合があっる。バッテリーが適切に使用されない場合、バッテリーは危険な化学反応を引き起こす可能性のある材料または物質を含むことがあるので、バッテリーの性能を維持することに加えて、充電および／または放電中のバッテリーの安全な動作を保証するためにそのような監視および制御は重要である。
【０００３】
多くの異なる種類のバッテリーおよびバッテリーモジュールが提案されてきたが、上記のような問題の少なくとも１つを解決するための新しいバッテリーモジュールを提供することは有利であろう。
【発明の概要】
【０００４】
上記の問題の少なくとも１つをより良く解決するために、独立請求項に定義された特徴を持つバッテリーモジュールおよび関連する方法が提供される。好ましい実施形態は従属請求項に定義される。
【０００５】
したがって、第１の態様によれば、バッテリーモジュールが提供される。バッテリーモジュール（またはバッテリーパック）は、バッテリーモジュールを電源に接続するための第１および第２の充電端子と、第１および第２の端子を持つバッテリーセル構成（arrangement）と、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータとを備える。バッテリーセル構成の第１の端子は、第１の充電端子に接続（または結合）される。コンバータの入力端子は、バッテリーセル構成の第２の端子に接続（または結合）される。コンバータの他の入力端子は、第２の充電端子に接続（または結合）される。コンバータの出力端子は、バッテリーセル構成の第１の端子に接続（または結合）される。コンバータは、コンバータの入力端子で受け取った入力電圧をコンバータの出力端子での出力電圧に変換するように適用される。出力電圧は入力電圧より高い。
【０００６】
互いに接続された２つの端子は、例えば、互いに直接接続されてもよく、または、互いに間接的に接続されてもよいことが理解されるであろう。端子は、例えば、１つ以上の他の構成要素を介して互いに接続されてもよい。
【０００７】
コンバータは、例えば、昇圧コンバータ（ブーストコンバータとも呼ばれる）でもよく、または、フライバックコンバータでもよい。
【０００８】
コンバータは、充電端子に電圧が印加された場合に、バッテリーセル構成の充電電流を制限するように適用されてもよい。コンバータが接続（または結合）される方法は、充電端子に電圧が印加された場合に、コンバータがバッテリーセル構成の第２端子と第２の充電端子との間の充電電流を制限することを可能でもよい。バッテリーセル構成の第２の端子と第２の充電端子との間を流れる電流は、コンバータの入力端子を通過することを許容される電流によって制限されてもよい。
【０００９】
高すぎる充電電流は、バッテリーセル構成を損傷し、および／または、その性能を低下させるリスクがある。充電電流を制限することは、充電中にバッテリーセル構成を保護することに役立つ。コンバータによって提供される充電電流制限は、例えばバッテリーセル構成の寿命を延ばすことができる。
【００１０】
コンバータは、バッテリーセル構成の充電中に、バッテリーセル構成の充電電流が、少なくともコンバータの入力端子に供給される（または入力端子の間を通過する）電流とコンバータの出力端子に供給される（または出力端子を通過する）電流との合計に対応するように、構成されてもよい。バッテリーセル構成の充電電流は、例えば、コンバータの入力端子に供給される電流とコンバータの出力端子に供給される電流との合計（または同じ値を持つ）としてもよい。
【００１１】
コンバータは、バッテリーセル構成の充電中に、充電端子に印加される電圧が少なくともバッテリーセル構成とコンバータの入力端子との間で分割（または分離）されるように、構成されてもよい。充電端子に印加される電圧は、例えば、バッテリーセル構成よりも多い構成要素とコンバータの入力端子との間で分離されてもよいことが、理解されるだろう。
【００１２】
いくつかの実施形態によれば、コンバータは、その入力端子に印加される電圧のレベルの範囲に対して、その入力端子において電力のあるレベルを維持するように適用されてもよい。言い換えれば、たとえコンバータの入力端子に印加された電圧が（ある範囲内で）変化したとしても、コンバータは、その入力端子において同じ電力レベルを少なくともほぼ維持することができる。従って、コンバータの入力端子における電流は、コンバータの入力端子に印加される電圧によって制御される。
【００１３】
いくつかの実施形態によれば、コンバータは、充電端子に印加される電圧のレベルの範囲について、および、バッテリーセル構成の電圧のレベルの範囲について、バッテリーセル構成の充電中に、その入力端子である電力レベルを維持するように適用されてもよい。バッテリーセル構成の電圧は、バッテリーセル構成の充電状態に依存して変化してもよい。バッテリーセル構成の電圧は、例えば、最大電圧レベルに達するまで、充電中に、増加してもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態によれば、コンバータは、その入力端子に印加される電圧のレベルの範囲に対して、その入力端子において電流のあるレベルを維持するように適用されてもよい。言い換えれば、たとえコンバータの入力端子に印加された電圧が（ある範囲内で）変化したとしても、コンバータは、その入力端子において電流に対して同じレベルを少なくともほぼ維持することができる。
【００１５】
コンバータの入力端子における電流があるレベルに維持される入力電圧レベルの範囲は、例えば、コンバータがその入力端子においてある電力レベルを維持する入力電圧の電圧範囲より低い電圧範囲としてもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態によれば、バッテリーモジュールは、スイッチ構成をさらに含むとしてもよい。スイッチ装置は、コンバータがバイパスされるように、バッテリーセル構成の第２の端子が第２の充電端子に接続される（または結合される）第１のモードで、および、バッテリーセル構成の第２の端子が第２の充電端子から切り離されるように、動作可能としてもよい。コンバータをバイパスするスイッチ構成の能力は、コンバータを必要としない場合（バッテリーセル構成を保護するために充電電流がコンバータによって制限される必要がない場合など）に、バッテリーセル構成をより速くおよび／またはより効率的に充電することを可能にする。
【００１７】
バッテリーセル構成の第２の端子が第２のモードで第２の充電端子から切り離されても、コンバータを介してこれらの端子間に間接的な接続がまだ存在し得ることが理解されるだろう。
【００１８】
いくつかの実施形態によれば、バッテリーモジュールはコントローラをさらに含むとしてもよい。バッテリーモジュール（またはバッテリセル構成）である状態が検出されると、コントローラは、スイッチ構成を制御して第１のモードから第２のモードに切り替えるとしてもよい。コントローラは、例えばバッテリー管理システム（ＢＭＳ）でもよい。
【００１９】
ある状態は、例えば、バッテリーセル構成の充電電流が閾値を超えること、および／または、バッテリーセル構成での温度が閾値を超えること、および／または、バッテリーセル構成内のセルにおける電圧が閾値（例えば上限閾値）を超えること、および／または、バッテリーセル構成内のセルにおける電圧が閾値（例えば下限閾値）を下回ること、を含むとしてもよい。
【００２０】
ある状態は、バッテリーセル構成が高充電電流に対して脆弱であることを示すとしてもよい。次に、第２のモードに切り替えることは、充電電流を制限するのを助けることができ、それによってバッテリーセル構成を損傷するリスクが低減される。
【００２１】
セルにおける電圧がある閾値を超えるということは、例えば、セルが過充電されるリスクがあり得ることを示す場合がある。セルの電圧が他の閾値を下回ることは、例えば、セルのインピーダンスが低く、セルが高充電電流に対して脆弱であることを示す場合がある。
【００２２】
いくつかの実施形態によれば、コンバータは、コンバータの入力端子に印加される電圧が閾値を下回る（または低下する）場合、第２のモードから第１のモードに切り替えるようにスイッチ構成を制御するように構成されてもよい。
【００２３】
コンバータの入力端子に印加される電圧が低い場合、これは、バッテリーセル構成が少なくとも部分的に充電されていること、および、バッテリーセル構成が大きな充電電流に対して脆弱ほどではない可能性があることを示す場合がある。したがって、第１のモードへの切り替えは、充電効率を改善するための方法であり得る。
【００２４】
コンバータの入力端子に印加される電圧が低下すると、コンバータの効率が低下する場合がある。従って、それが安全であるとすぐに第１のモード（コンバータがバイパスされる）へ切り替えることは、充電の効率を改善し得る。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、スイッチ構成は、バッテリーセル構成を放電するための第３のモードで動作可能としてもよい。バッテリーセル構成は、例えば、電気回路、装置またはシステムに電力を供給するために放電されてもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態によれば、バッテリーセル構成の第１の端子は、バッテリーセル構成の第２の端子よりも高い電位を持つとしてもよい。言い換えれば、第１の端子は、バッテリーセル構成のプラス端子としてもよい。
【００２７】
逆の状況、すなわち、バッテリーセル構成の第１の端子がバッテリーセル構成のマイナス端子であり、したがってバッテリーセル構成の第２の端子よりも低い電位を持つ場合も想定され得る。
【００２８】
いくつかの実施形態によれば、バッテリーセル構成は、複数のバッテリーセルを含むとしてもよい。バッテリーセル構成は、例えば、直列および／または並列に接続された１つまたは複数の種類のバッテリーセルを含むとしてもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態によれば、バッテリーセル構成は、リチウムおよび／またはリチウムイオンを含むとしてもよい。バッテリーセル構成は、例えば、少なくとも１つのリチウム（またはリチウム系）バッテリー、または、少なくとも１つのリチウムイオンバッテリーを含むとしてもよい。
【００３０】
古い鉛系バッテリーは、充電時にリチウム系バッテリーよりも損傷を受ける可能性が低くなる。そのため、充電電流制限は、リチウム系バッテリーにとってより重要となる場合がある。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、コンバータは、バッテリーセル構成の第２の端子に接続されている他の出力端子を持つとしてもよい。コンバータが１つの出力端子のみを持つ実施形態も考えられる。
【００３２】
いくつかの実施形態によれば、バッテリーモジュールは、バッテリーセル構成およびコンバータが配置されるケーシング（または囲い）を含むとしてもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態によれば、バッテリーモジュールは、充電端子を介して直流電源に接続された場合に、バッテリーセル構成を充電するように適用されてもよい。言い換えれば、バッテリーモジュールは、交流を直流に変換するためにいかなる整流器も必要としなくてもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態によれば、コンバータは、バッテリーモジュールの統合された部分としてもよい。
【００３５】
第２の態様によれば、無線通信基地局が提供される。基地局は、第１の態様の実施形態のいずれかにおいて定義されたようなバッテリーモジュールを含む。基地局は、通信モジュールと、通信モジュールに電力を供給するために通信モジュールを主電源に接続するように構成されたコネクタとをさらに含む。バッテリーモジュールは、バックアップ電源として通信モジュールに接続されてもよい。
【００３６】
通信モジュールは、例えば、１つまたは複数のアンテナを使用する無線通信に適用されてもよい。
【００３７】
基地局は、例えば、ベーストランシーバステーション（ＢＴＳ）、ノードＢ、または、発展型ノードＢ（ｅＮＢ）でもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態によれば、基地局は、もし主電源が利用できない（すなわち、通信モジュールに電力を供給するのに利用できない）場合に、コントローラが通信モジュールに電力を供給するために放電するようにバッテリーモジュールのバッテリーセル構成を制御するように構成されるコントローラを含むとしてもよい。コントローラは、例えば、バッテリーモジュールのスイッチ構成を介してバッテリーセル構成の制御を実行してもよい。コントローラは、例えば、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）でもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態によれば、基地局は、もし主電源が利用可能である（すなわち、通信モジュールに電力を供給するために利用可能である）場合、コントローラが主電源を使用して充電するようにバッテリーモジュールのバッテリーセル構成を制御するように構成されるコントローラ（例えばＢＭＳ）を含むとしてもよい。コントローラは、例えば、バッテリーモジュールのスイッチ構成を介してバッテリーセル構成の制御を実行してもよい。
【００４０】
主電源は、直流電源でも交流電源でもよい。主電源が交流電源である場合、基地局は、例えば、バッテリーモジュールを充電するために直流を供給することができるように交流を整流するための整流器を含むとしてもよい。
【００４１】
第３の態様によれば、方法が提供される。この方法は、第１および第２の充電端子と、バッテリーセル構成と、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータとを含むバッテリーモジュールにおいて（または、それによって）実行される。本方法は、バッテリーセル構成を充電するために充電端子に電圧を印加することを含む。本方法は、また、バッテリーモジュール（またはバッテリーモジュールのバッテリーセル構成）での第１の状態の検出に応答してあるモードに切り替えることを含む。あるモードでは、充電端子に印加される電圧は、少なくともバッテリーセル構成とコンバータの入力端子との間で分割される。 あるモードでは、バッテリーセル構成の充電電流は、コンバータの入力端子間に供給される（または通過する）電流と、コンバータの出力端子に供給される（または通過する）電流との和に対応する（または等しい値を持つ）。
【００４２】
第３の態様の方法は、例えば、第１の態様の実施形態のいずれかで定義されたようなバッテリーモジュールにおいて（または、それによって）実行されてもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態によれば、第１の状態は、例えば、バッテリーセル構成の充電電流が閾値を超えること、および／または、バッテリーセル構成での温度が閾値を超えること、および／または、バッテリーセル構成内のセルにおける電圧が閾値を超えること、および／または、バッテリーセル内のセルにおける電圧が閾値を下回ること、を含むとしてもよい。
【００４４】
いくつかの実施形態によれば、本方法は、バッテリーモジュールの第２の状態に応じて他のモードに切り替えることを含むとしてもよい。この他のモードでは、コンバータはバイパスされてもよい。
【００４５】
いくつかの実施形態によれば、第２の状態は、コンバータの入力端子における電圧が閾値を下回る（または低下した）ことでもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態によれば、本方法は、もしモバイル通信基地局の主電源が利用可能でない場合に、モバイル通信基地局の通信モジュールに電力を供給するためにバッテリーセル構成を放電することを含むとしてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態によれば、本方法は、もし主電源が利用可能な場合に、モバイル通信基地局の主電源を使用してバッテリーセル構成を充電することを含むとしてもよい。
【００４８】
本開示の実施形態は、特許請求の範囲に記載された特徴の全ての可能な組み合わせに関することに留意されたい。さらに、当然のことながら、第１の態様によるバッテリーモジュールについて説明した様々な実施形態は、すべて、第３の態様による方法の実施形態と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
以下において、例示的な実施形態は、添付の図面を参照してより詳細に説明されるであろう。
【００５０】
【図１】図１は、実施形態に係るモバイル通信基地局の概略図である。
【図２】図２は、実施形態に係る図１に示す基地局で使用するためのバッテリーモジュールの概略図である。
【図３】図３は、図２に示すバッテリーモジュールにおけるバッテリーセル構成を示す。
【図４】図４は、図３に示すバッテリーセル構成内のバッテリーセルを示す。
【図５】図５は、実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータが起動されて充電電流を制限する状態にあるバッテリーモジュールを示す。
【図６】図６は、実施形態に係る、図５と同じバッテリーモジュールを示すが、ＤＣ−ＤＣコンバータがバイパスされている状態を示す。
【図７】図７は、実施形態に係る、ＤＣ−ＤＣコンバータが起動されて充電電流を制限する状態にある他のバッテリーモジュールを示す。
【図８】図８は、図５〜図７に示すバッテリーモジュールの遷移を示す。
【図９】図９は、実施形態に係る、ＤＣ−ＤＣコンバータが起動されて充電電流を制限する状態にある他のバッテリーモジュールを示す。
【図１０】図１０は、図５〜図６に示すバッテリーモジュールの詳細を示す。
【図１１】図１１は、図５〜図６に示すバッテリーモジュールに使用するための例示的なＤＣ−ＤＣコンバータを示す。
【００５１】
すべての図は概略的であり、一般にそれぞれの実施形態を説明するために必要な部分のみを示しているが、他の部分は省略または単に示唆されている場合がある。
【詳細な説明】
【００５２】
図１は、実施形態に係る、モバイル通信基地局１００の概略図である。基地局１００は、例えば、ベーストランシーバステーション（ＢＴＳ）、ノードＢ、または、進化型ノードＢ（ｅＮＢ）でもよい。
【００５３】
基地局１００は、通信モジュール１１０、コネクタ１２０および１３０、バッテリーモジュール１４０（またはバッテリーパック、またはバッテリー回路）を備える。コネクタ１２０および１３０は、通信モジュール１１０に電力を供給するために通信モジュール１１０を主電源１５０に接続するように構成されている。主電源１５０は、例えば、ライン電源（または商用電源）などの交流電源、または、１つまたは複数のソーラーパネルなどの直流電源でもよい。もし主電源１５０が交流電源である場合、基地局１００は、例えば、通信モジュール１１０および／またはバッテリーモジュール１４０に直流を供給するための１つまたは複数の整流器１６０を備えてもよい。
【００５４】
通信モジュール１１０は、１つまたは複数のアンテナ１７０によって無線通信を実行するように適用される。無線通信は、例えば、無線周波数領域の信号によって実行されてもよい。
【００５５】
バッテリーモジュール１４０は、主電源１５０が一時的に利用不能になった場合のバックアップ電源として通信モジュール１１０に接続される。主電源１５０が利用可能である限り、それを使用して、通信モジュール１１０に電力を供給し、バッテリーモジュール１４０を充電することができる。例えば、もし、その地域での一般的な停電のため、または、局所的な誤動作のために、電源が利用できなくなった場合、バッテリーモジュール１４０を使用して通信モジュール１１０に電力を供給する。バッテリーモジュール１４０は、それが放電されるまで、または、主電源１５０が再び利用可能になるまで、電源として使用することができる。
【００５６】
図２は、バッテリーモジュール１４０の概略図である。バッテリーセル構成２１０（またはバッテリー）は、電力を蓄積するように構成される。入出力部２２０は、バッテリーセル構成２１０の充電中にバッテリーモジュール１４０に入力電力を供給し、バッテリーセル構成２１０の放電中にバッテリーモジュール１４０から出力電力を供給する。充電電流制限器２３０は、バッテリーセル構成２１０を充電するときに、充電電流を制限するように構成される。
【００５７】
バッテリー管理システム（ＢＭＳ）２４０は、バッテリーセル構成２１０（および／またはバッテリーモジュール１４０の他の部分）を監視する。ＢＭＳ２４０は、例えば、バッテリーセル構成２１０の充電電流または温度、または、バッテリーセル構成２１０内のバッテリーセルにおける電圧を監視してもよい。ＢＭＳ２４０は、バッテリーセル構成２１０が適切に充電または放電されるように、入出力部２２０および充電電流制限器２３０を制御する。もし充電中にバッテリーセル間の不均衡が検出された場合、ＢＭＳ２４０は、この不均衡を平準化することを試みるか、充電電流制限器２３０を作動させることによって充電電流を制限（図５〜図６を参照して後述）するか、または、バッテリーセル構成２１０の充電を均等に中止し、バッテリーセル構成２１０を保護する。望ましくない状態が検出されたときに充電を完全に中止するのではなく、充電電流制限モードで充電を継続して、完全に充電されたバッテリーセル構成２１０を得ることができることが有利であり得る。ＢＭＳ２４０については、図１０を参照して後でさらに説明する。
【００５８】
図３に示すように、バッテリーセル構成２１０は、所望の出力電圧、所望の出力電流容量、および／または、所望のエネルギー貯蔵容量を得るために、直列および／または並列に接続（または結合）された複数のバッテリーセル２１１を含むとしてもよい。バッテリーセル構成２１０が単一のセル２１１を含む実施形態も考えられ得る。
【００５９】
図４に示すように、バッテリーセル２１１は、例えば、高さｈおよび直径ｄを持つ円筒形セルとしてもよい。個々のセル２１１は積み重ねられて、例えば長方形であり得る単一のバッテリーセル構成２１０を形成してもよい。バッテリーセル２１１が、長方形などの円筒形とは異なる形状を有する実施形態も考えられる。
【００６０】
バッテリーセル２１１は、例えば、リチウムまたはリチウムイオンを含むとしてもよい。バッテリーセル２１１は、例えば、リチウムセルとしてもよいが、他のバッテリー技術も可能である。
【００６１】
一例として、バッテリーセル２１１の高さｈは６５ｍｍ、直径ｄは１８ｍｍとしてもよい。セル２１１の電圧は、例えば、２．２Ｖ〜３．７Ｖの範囲内としてもよい。
【００６２】
一例として、バッテリーセル構成２１０は、並列に接続されたＰ個のセル２１１のストリングを含むとしてもよく、各ストリングは直列に接続されたＳ個のセル２１１を含む。整数Ｐは、バッテリーセル構成２１０の適切な出力電圧を提供するように選択されてもよい。整数Ｓは、バッテリーセル構成２１０が適切な出力電流を供給することができるように選択されてもよい。
【００６３】
バッテリーモジュール１４０の動作について、図５〜図６を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００６４】
図５は、バッテリーセル構成２１０（以下、単にバッテリーと呼ぶ）が充電されている状態のバッテリーモジュール１４０を示す。バッテリー２１０は、第１の端子５０１（バッテリー２１０のプラス端子）と第２の端子５０２（バッテリー２１０のマイナス端子）とを持つ。バッテリーモジュール１４０は、バッテリーモジュール１４０を電源５０５に接続するための第１および第２の充電端子５０３および５０４を備える。
【００６５】
本例では、電源５０５は、図１を参照して説明した基地局１００に電力を供給する主電源１５０である。主電源１５０が交流電源である場合、図１を参照して説明した整流器１６０は、バッテリーモジュール１４０の充電端子５０３および５０４に直流を供給することができる。
【００６６】
バッテリーモジュール１４０は、２つの入力端子５１１および５１２と２つの出力端子５１３および５１４とを持つ直流−直流電力コンバータ（ＤＣ−ＤＣ電力コンバータ）５１０をさらに備える。ＤＣ−ＤＣコンバータは、その入力端子５１１および５１２に印加された電圧Ｕ３を、その出力端子５１３および５１４においてより高い電圧Ｕ２に変換（または昇圧）するように構成される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１０は、例えば、昇圧コンバータ５１０（ブーストコンバータとも呼ばれる）、または、フライバックコンバータでもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１０は、例えば、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）としてもよい。
【００６７】
バッテリー２１０の第１端子５０１は、第１の充電端子５０３に接続されている。コンバータ５１０の入力端子５１１（すなわち、電流がコンバータ５１０の入力／供給側に入るために通る入力端子５１１）は、バッテリー２１０の第２の端子５０２に接続され、コンバータ５１０の他方の入力端子５１２（すなわち、電流がコンバータ５１０の入力／供給側を出るために通る入力端子５１２）は、第２の充電端子５０４に接続される。コンバータ５１０の出力端子５１３（すなわち、電流がコンバータ５１０の出力／負荷側を出るために通る端子５１３）は、バッテリー２１０の第１の端子５０１に接続され、コンバータ５１０の他方の出力端子５１４（すなわち、電流がコンバータの出力／負荷側に入るために通る端子５１４）は、バッテリー２１０の第２の端子５０２に接続される。
【００６８】
コンバータ５１０の目的は、バッテリーセル構成２１０の充電電流Ｉ１を制限することである。言い換えれば、コンバータ５１０は、図２を参照して説明した充電電流制限器２３０として機能する。
【００６９】
このように、コンバータ５１０を配置することにより、充電端子５０３および５０４に印加される電圧Ｕ１は、バッテリー２１０とコンバータ５１０の入力端子５１１および５１２との間で分圧される。また、バッテリー２１０の充電電流Ｉ１は、コンバータ５１０の入力端子５１１および５１２に供給される電流Ｉ２と、コンバータ５１０の出力端子５１３および５１４に供給される電流Ｉ３との和に相当する。
【００７０】
コンバータ５１０が充電電流Ｉ１を制限する能力は、特定の数値の例に関して以下で説明される。
【００７１】
本例では、充電端子５０３および５０４に印加される電圧Ｕ１は、Ｕ１＝５６Ｖである。完全に充電されたとき、バッテリー２１０はまた５６Ｖの電圧（これはコンバータ５１０の入力端子５１１および５１２にかかる電圧Ｕ３を０にするであろう）を持つ。バッテリー２１０が完全に充電されていないとき、バッテリーにかかる電圧Ｕ２は３６Ｖと同じくらい低く、コンバータ５１０の入力端子５１１および５１２にかかる電圧Ｕ３は５６Ｖ−３６Ｖ＝２０Ｖとなる。
【００７２】
この例では、コンバータ５１０は、その入力端子５１１および５１２における電圧Ｕ３の６Ｖ〜２０Ｖの範囲に対して、その入力端子５１１および５１２において６０Ｗの電力レベルを維持するように適用される。これにより、コンバータ５１０の入力端子５１１および５１２における電流Ｉ２は、３Ａ〜１０Ａの範囲内になる。
【００７３】
例えば、バッテリー２１０の電圧Ｕ２がＵ２＝５０Ｖである場合、コンバータ５１０の入力端子５１１および５１２にかかる電圧Ｕ３はＵ３＝５６Ｖ?５０Ｖ＝６Ｖであり、したがって、その入力端子５１１および５１２における電流Ｉ２は、Ｉ２＝６０Ｗ／６Ｖ＝１０Ａである。電力変換における損失のために、コンバータ５１０は、例えば、コンバータ５１０の５０％の効率に対応する３０Ｗの出力電力を供給することしかできない場合がある。したがって、コンバータ５１０の出力端子５１３および５１４における電流Ｉ３は、Ｉ３＝３０Ｗ／５０Ｖ＝０．６Ａである。したがって、充電電流Ｉ１は、Ｉ１＝Ｉ２＋Ｉ３＝１０．６Ａである。それにより、バッテリー２１０は、電圧Ｕ１＝５０Ｖ、すなわち１０．６Ａ×５０Ａ＝５３０Ｗの電力で、電流Ｉ１＝１０．６１Ａによって充電される。バッテリーモジュール１４０への入力電力は５６Ｖ×１０Ａ＝５６０Ｗであるので、これは９５％の全体効率に対応する。言い換えれば、コンバータ５１０は、充電電力（５３０Ｗ）と比較して非常に小さい（入力側でわずか６０Ｗ）にもかかわらず、および、コンバータ５１０自体の効率は５０％にすぎないにもかかわらず、９８％の充電効率でバッテリー２１０に対する充電電流制限を提供する。コンバータ５１０の効率を５０％より上に増加させることは、充電効率をさらに改善するであろう。
【００７４】
バッテリー２１０が満充電に近づくにつれて、バッテリー２１０にかかる電圧Ｕ２は増加し、コンバータ５１０の入力端子５１１および５１２にかかる電圧Ｕ３は、最終的に６Ｖ未満に降下してもよい。この例では、コンバータ５１０は、その入力端子５１１および５１２における電圧Ｕ３の１Ｖ〜６Ｖの範囲について、その入力端子５１１および５１２において電流Ｉ２＝１０Ａを維持するように適用される。従って、コンバータ５１０は、この電圧範囲に対しても電流制限を提供する。コンバータ５１０の効率がまだ５０％である場合、充電効率は９５％に維持される。コンバータ５１０がその入力端子５１１および５１２における６Ｖよりも高い電圧Ｕ３に対してもその入力端子５１１および５１２において電流Ｉ２＝１０Ａを維持するように適用される実施形態が想定され得るが、これは入力端子５１１および５１２において６０Ｗよりも高い電力レベルを処理可能なコンバータ５１０を必要とする。例えば、コンバータ５１１が２０Ｖという高さの電圧Ｕ３に対しても電流Ｉ２＝１０Ａをその入力端子５１１および５１２に維持しようとする場合、その入力端子５１１および５１２における電力は２００Ｗという高さになる。
【００７５】
バッテリー２１０がさらに完全に充電された状態に近づくと、バッテリー２１０にかかる電圧Ｕ２は、充電電圧Ｕ１に向かって増加してもよい。満充電に近づくと、バッテリー２１０のセル２１１は、高い充電電流に対してそれほど影響されにくくなり、コンバータ５１０を介して提供される充電電流制限は、もはや必要とされない。例えば、セル２１１のインピーダンスは、セル２１１が満充電に近づくにつれて増大する場合がある。
【００７６】
上述のように、コンバータ２１０は、バッテリー２１０にかかる電圧Ｕ２が充電電圧Ｕ１に近づく場合に必要とされない場合がある。バッテリー２１０にかかる電圧Ｕ２が充電電圧Ｕ１に近づくと、コンバータ５１０の入力端子５１１および５１２にかかる電圧Ｕ３は減少する。コンバータ５１０が低い入力電圧Ｕ３に対して同じ効率（例えば５０％）を維持することはより困難となる場合がある。したがって、バッテリー２１０が満充電に近い場合には不要であることに加えて、コンバータ５１０は、バッテリー２１０が満充電でないときほど効率的に実行することができない可能性がある。
【００７７】
したがって、バッテリーモジュール１４０は、コンバータ５１０をバイパスするためのスイッチ構成５２０を含むとしてもよい。スイッチ装置５１０は、コンバータ２１０がバイパスされるようにバッテリー２１０の第２の端子５０２が第２の充電端子５０４に接続される第１のモード、および、バッテリー２１０の第２の端子５０２が第２の充電端子５０４から切断される第２のモードで、動作可能である。もしコンバータ５１０の入力電圧Ｕ３が閾値（１Ｖなど）を下回ると、スイッチ構成５２０は、コンバータ５１０をバイパスするように作動されてもよい。コンバータ５１０は、例えば、スイッチ構成５２０をコンバータ５１０がバイパスされる第１のモードに切り替えるようにするための制御信号５３０を提供してもよい。スイッチ構成５２０は、例えばＭＯＳＦＥＴトランジスタのような１以上のトランジスタの形態の１以上のスイッチを含むとしてもよい。
【００７８】
電力を節約するために、コンバータ５１０は、例えば、バイパスされたときに完全にオフに切り替えられてもよい。
【００７９】
図６は、電流制限なしでバッテリー２１０が充電されている状態のバッテリーモジュール１４０を示す。より具体的には、スイッチ構成５２０は、コンバータ５１０がバイパスされる第１のモードにあり、その結果、コンバータ５１０の入力端子５１１および５１２に電圧は印加されない。これにより、バッテリー２１０には充電電流制限を受けない充電電流Ｉ４が供給される。代わりに、充電電流Ｉ４は、電源５０５とバッテリー２１０のインピーダンスに依存する。
【００８０】
図６を参照して説明したように、バッテリー２１０が電流制限なしで充電される場合、充電電流制限がいつ必要であるかを検出するために、（図２を参照して上述した）ＢＭＳ２４０がバッテリー２１０を監視する。もし、バッテリーセル２１１における高すぎる充電電流Ｉ４、高すぎる温度、または、ある電圧レベルなど、バッテリー２１０におけるある状態がＢＭＳ２４０によって検出された場合、ＢＭＳ２４０は、スイッチ構成５２０を制御して、（図５を参照して説明したように）コンバータ５１０が充電電流制限を実行するために起動される第２モードへ切り替える。
【００８１】
上記の数値の例では、充電電流Ｉ４の閾値は、例えば３０Ａとしてもよい。言い換えれば、充電電流Ｉ４が３０Ａを超える場合、スイッチ構成５２０は、図５を参照して説明したモードに移行することによって充電電流を制限するようにコンバータ５１０を作動させる。
【００８２】
上述のように、コンバータ５１０は、その入力端子５１１および５１２に印加される電圧Ｕ３のレベルの範囲に対して、その入力端子５１１および５１２についてある電力レベル（たとえば６０Ｗ）を維持するように適用される（および、電圧Ｕ３の他の範囲に対して、その入力端子５１１および５１２における電流Ｉ２についてのあるレベルを維持するようにも適用される）。言い換えれば、コンバータ５１０は、充電端子５０３および５０４に印加される電圧Ｕ３の範囲、およびバッテリー２１０における電圧Ｕ２の範囲に対して、その入力側で同じ電力レベル（または電流Ｉ２）を維持することができる。したがって、コンバータ５１０は、（上述の特定の数値の例のように、バッテリー２１０の最大電圧に等しい充電電圧Ｕ３＝５６Ｖに対してだけではなく）充電端子に印加される異なる電圧Ｕ３に対して、充電電流制限を提供することができる。同様に、コンバータは、バッテリー２１０における異なる電圧Ｕ２に対して（すなわち、バッテリー２１０の異なる充電状態に対して）、充電電流制限を提供することができる。
【００８３】
バッテリーを充電する場合は、どの充電電圧を印加するのか、および、バッテリーが損傷せずにどの充電電流を処理できるのかを知っておくことが重要な場合がある。バッテリーと充電器の両方に対して多くの異なる電圧レベルと電流レベルが市場で採用されているので、多かれ少なかれ常に間違った充電器がバッテリーに適用され、その結果バッテリーが損傷するリスクがある。充電器に充電電流制限器を組み込むことができる。しかしながら、充電器を設計するとき、充電されるべき全てのバッテリーの正確な特性は知られていないかもしれない（またはユーザが誤って間違った種類のバッテリーに充電器を使用するかもしれない）。したがって、そのような充電電流制限器の設計は困難な場合がある。例えば、充電器の効率および／またはバッテリーを安全に充電することができる速度を著しく低下させることなく信頼性のある充電電流制限を提供することは困難な場合がある。
【００８４】
別の選択肢は、バッテリーの充電中にバッテリーに直流電流を供給する整流器（図１を参照して説明した整流器１６０など）に充電電流制限器を組み込むことであろう。しかしながら、整流器を設計する場合に、充電されるべきバッテリーの正確な特性が知られていないかもしれないので、充電の効率を著しく低下させずに信頼できる充電電流制限を提供することは困難な場合がある。
【００８５】
例えば、図１を参照して説明したように、充電電流制限器が基地局１００の整流器１６０に組み込まれる場合、基地局１００に設置されるべき特定のバッテリーモジュール１４０の正確な特性は、整流器１６０が構成されるときに未知の場合がある。基地局１００で使用されるバッテリーモジュール１４０は、例えば、バッテリー技術が進歩すると、より新しいバージョンと交換される場合があり、そのような変更は、整流器１６０を設計するときに予測することが困難な場合がある。したがって、充電電流制限機能をバッテリーモジュール１４０に統合することが好ましい。
【００８６】
コンバータ５１０はバッテリーモジュール１４０の一体型部品であるため、コンバータ５１０によって提供される充電電流制限は、適切なＤＣ−ＤＣコンバータ５１０を選択することによってバッテリー２１０に合わせて調整することができる。例えば、それぞれある入力電力およびある入力電流Ｉ２をいつ維持するかに対する入力電圧Ｕ３の範囲は、バッテリー２１０の既知の（または推定された）特性に基づいて選択されてもよい。
【００８７】
コンバータ５１０の効率は、全入力電圧範囲にわたって一定ではない場合があり、効率は、例えば、入力電圧Ｕ３が１Ｖに向かって減少するにつれて変換損失が増大するために低下する場合があることが理解されよう。それでもなお、バッテリーモジュール１４０内にコンバータ５１０を組み込むことにより、充電電流を制限する他の手段と比較して、比較的効率的な充電が可能になる。
【００８８】
例示的なＤＣ−ＤＣコンバータ５１０について、図１１を参照しながら説明する。コンバータ５１０は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）または周波数変調を用いて入力電圧Ｕ３および入力電流Ｉ２を出力電圧Ｕ２および出力電流Ｉ３に変換してもよい。この例では、ＰＷＭ部１１１０は、入力電圧Ｕ３、入力電流Ｉ２（抵抗１１３０の両端の電圧を介して測定）に基づいて、および、ＢＭＳ２４０からの制御信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ１１２０を制御する。
【００８９】
第１の入力端子５１１（すなわち、電流がコンバータ５１０に入るために通る入力端子５１１）は、インダクタ１１４０およびダイオード１１５０を介して第１の出力端子５１３（すなわち、電流がコンバータ５１０から出るために通る出力端子５１３）に接続される。第１の入力端子５１１は、また、第２の出力端子５１４（すなわち、電流がコンバータ５１０に入るために通る出力端子５１４）に直接接続される。
【００９０】
第２の入力端子５１２（すなわち、電流がコンバータ５１０から出るために通る入力端子５１２）は、ＰＷＭ部１１１０によって制御されるトランジスタ１１２０を介して、インダクタ１１４０とダイオード１１５０との間の接続のために接続される。
【００９１】
当業者は、インダクタ１１４０を選択する方法、および上述の規定の電圧、電流、および／または電力レベルを提供するためにＰＷＭセクション１１１０を制御する方法をよく知っている。
【００９２】
図１１を参照して説明されたコンバータ５１１以外の他のＤＣ−ＤＣコンバータもまた想定され得ることが理解されるであろう。少なくともいくつかの入力電圧Ｕ３の範囲についてコンバータの効率を高めるために、より複雑なコンバータの設計を採用することができる。
【００９３】
図１〜図６を参照して説明されたバッテリーモジュール１４０は、例えば、バッテリー２１０およびコンバータ５１０が配置されているケーシング（図１〜図８には図示されていない）を備えてもよい。バッテリーモジュール１４０は、例えば、（鉛ベースのバッテリーのような）古いバッテリーモジュールを交換するために基地局１００に装着または挿入してもよい。
【００９４】
図１を参照して説明したように、バッテリーモジュール１４０は、基地局１００内のバックアップ電源として配置されてもよい。図２を参照して説明した入力／出力機能２２０を提供するために、バッテリーモジュール１４０は、バッテリーが充電されるモードと
基地局１００の通信モジュール１１０に電力を供給するためにバッテリーが放電されるモードとの間を切り替えるための１以上のスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタなどのトランジスタの形態）を含むとしてもよい。
【００９５】
コンバータ５１０によって提供される充電電流制限機能２３０は、充電中にバッテリー２１０を保護することを目的としている。本開示は放電電流の制限に関するものではない。所望ならば、放電電流は、当業者に知られている任意の適切な方法によって制限されてもよい。
【００９６】
図５〜図６を参照して説明した実施形態では、バッテリー２１０の第１の端子５０１は、バッテリー２１０のプラス端子であり、ゆえに、バッテリーの第２端子５０２よりも高い電位を持つ。その実施形態では、コンバータ５２０の入力端子５１１および５１２は、バッテリー２１０の低電位側に向いており、例えば接地（またはアース）電位に接続することができる。図７は、図５〜図６を参照して説明したバッテリーモジュール１４０と、コンバータの入力端子７１１および７１２がバッテリー２１０の低電位側に向くことを除き、同様であるバッテリーモジュール７００の代替実施形態を示す。
【００９７】
バッテリーモジュール７００は、バッテリーモジュール７００を電源５０５に接続するための第１および第２の充電端子７０３および７０４を備える。バッテリーモジュール７００は、第１および第２の端子７０１および７０２を持つバッテリーセル構成２１０（または単に「バッテリー」）と、入力端子７１１および７１２と出力端子７１３および７１４とを持つＤＣ−ＤＣコンバータ７１０（例えば昇圧コンバータ）とをさらに含む。
【００９８】
バッテリー２１０の第１の端子７０１（この場合、バッテリー２１０のマイナス端子）は、第１の充電端子７０３（この場合、例えば、接地／アース電位に接続されてもよい低電位充電端子）に接続される。コンバータ７１０の入力端子７１１はバッテリー２１０の第２の端子７０２に接続され、コンバータ７１０の他方の入力端子７１２は第２の充電端子７０４に接続される。コンバータ７１０の出力端子７１３はバッテリー２１０の第１の端子７０１に接続され、コンバータ７１０の他方の出力端子７１４はバッテリー２１０の第２の端子７０２に接続される。図５〜図６を参照して説明したバッテリーモジュール１４０と同様に、バッテリーモジュール７００は、コンバータ７１０をバイパスするためのスイッチ構成７２０を備える。
【００９９】
図７を参照して説明したバッテリーモジュール７００は、図５〜図６を参照して説明したバッテリーモジュール１４０と同様に機能することが理解されるだろう。
【０１００】
図５〜図６および図１１を参照して説明したコンバータ５１０は、２つの出力端子５１３および５１４を持つ。いくつかのＤＣ−ＤＣコンバータは、１つの出力端子のみ持つ。そのようなＤＣ−ＤＣコンバータ９１０を含むバッテリーモジュール９００を図９に示す。
【０１０１】
バッテリーモジュール９００は、図５〜図６を参照して説明したバッテリーモジュール１４０と同様であるが、コンバータ９１０の出力端子９１３および９１４のうちの一方は、コンバータ９１０の外部からは利用できない。より具体的には、（電流Ｉ３がそれを通してコンバータ９１０に入ることになる）出力端子９１４と（電流Ｉ２がそれを通してコンバータ９１０に入ることになる）入力端子９１１との間のコンバータ９１０内に内部接続９１５がある。したがって、この出力端子９１４は、他の電子部品への接続のためにコンバータ９１０の外側には必要とされない。したがって、コンバータ９１０は、コンバータ９１３の外部から利用可能な１つの出力端子９１３のみを持つ。コンバータ９１０の入力端子９１１および９１２、および、コンバータ９１０の出力端子９１３は、図５〜図６を参照して説明したバッテリーモジュール１４０のコンバータ５１０の対応する端子５１１、５１２、５１３と類似して接続されてもよい。図５〜図６を参照して説明したコンバータ５１０と同様に、コンバータ９１０は、その入力端子９１１および９１２に印加された電圧Ｕ３をその出力端子９１３における電圧Ｕ２に変換するように適用される。
【０１０２】
図１０は、図５〜図６を参照して説明した、ＢＭＳ２４０がバッテリーモジュール１４０を制御する方法をさらに詳細に示す。負荷５０６は、電源５０５と並列に接続される。負荷５０６は、例えば、図１を参照して説明した基地局１００の通信モジュール１１０でもよい。ＢＭＳ２４０は、電源５０５が利用可能であるときにバッテリー２１０を充電するための、および、電源５０５が利用不可であるときに負荷５０６に電力を供給するためにバッテリー２１０を放電するための、充電スイッチ５２１および放電スイッチ５２２の形態におけるスイッチ構成を制御する。充電スイッチ５２１および放電スイッチ５２２は、例えば、ダイオードが並列に接続されたＭＯＳＦＥＴトランジスタの形態で設けてもよい。バッテリー２１０の電圧Ｕ、充電電流Ｉ（例えば、抵抗器５０８にかかる電圧を測定することによって得られる）、および／または、温度Ｔ（例えば、温度センサ５０７によって測定される）は、スイッチ５２１および５２２を制御するために、ＢＭＳ２４０による入力として使用されてもよい。ＢＭＳ２４０は、また、電力を節約するために、コンバータ５１０が必要でないときにコンバータ５１０をオフにする（または非活性化する）ための制御信号５４０を提供してもよい。ＢＭＳ２４０は、充電電流制限がもはや必要ではなくなったことを示す制御信号５４０をコンバータ５１０から受信してもよく、それにより充電スイッチ５２１はコンバータ５１０をバイパスするように制御されてもよい。
【０１０３】
図８は、図５〜図７を参照して説明したバッテリーモジュールが遷移できる状態を示す。これらの状態は図５〜図６のバッテリーモジュール１４０に関して説明されるが、図７〜図９を参照して説明したバッテリーモジュール７００〜９００が同じ同じモードを適用してもよい。
【０１０４】
電源５０５（または主電源１５０）が利用可能である限り、バッテリーモジュール１４０は、バッテリー２１０が充電される充電モード８１０になるとしてもよい。しかしながら、もし充電電流Ｉ４が閾値を超えることがＢＭＳ２４０によって検出された場合、ＢＭＳ２４０は、電圧Ｕ１がコンバータ５１０とバッテリー２１０との間で分割されるようにスイッチ５２０を制御し、それによって電流制限を用いた充電モード８２０へ遷移８３０する。コンバータ５１０の入力端子５１１および５１２にかかる電圧Ｕ３が閾値を下回ると、コンバータは、コンバータ５１０がバイパスされるようにスイッチ５２０を開く制御を行い、それによって、バッテリーモジュール１４０を充電電流制御を用いない充電モード８１０に遷移８４０する。
【０１０５】
もし、バッテリーモジュール１４０が充電モード８１０にあり、電源５０５が利用不可能になると、バッテリーモジュール１４０は、図１を参照して説明したように、通信モジュール１１０に電力を供給するためにバッテリー２１０が放電される放電モード８３０に遷移８５０し得る。この遷移８５０は、例えば、１つまたは複数のトランジスタによって（例えば、充電トランジスタをオフすること、および、放電トランジスタをオンすることによって）行われ得る。
【０１０６】
同様に、もし、バッテリーモジュール１４０が充電電流制限を用いた充電モード８１０にあり、電源５０５が利用不能になると、バッテリーモジュール１４０は、放電モード８３０に遷移８６０し得る。この遷移８６０は、また、１つまたは複数のトランジスタによって（例えば、充電トランジスタをオフすること、および、放電トランジスタをオンすることによって）行われ得る。
【０１０７】
もし、バッテリーモジュール１４０が放電モード８３０にあり、電源５０５が利用可能になると、バッテリーモジュールは、充電電流制限を用いない充電モード８１０に（例えば、放電トランジスタをオフすること、および、充電トランジスタをオンすることによって）遷移８７０し得る。
【０１０８】
当業者は、本発明が上述の好ましい実施形態に決して限定されないことを理解する。それどころか、添付の特許請求の範囲内で、多くの修正形態および変形形態が可能である。例えば、バッテリーモジュール１４０は無線通信基地局１００に関連して説明されているが、バッテリーモジュール１４０の各構成要素の電圧レベル、電力レベル等が適宜選択されれば、バッテリーモジュール１４０は、事実上、調査可能なバッテリーによって電力供給される任意のデバイスまたはシステムで使用される場合があることが理解されるであろう。例えば、バッテリモジュール１４０は、電気通信インフラストラクチャのコアサイトまたはスイッチサイトで使用されてもよい。上述の特定の電圧レベル、電流レベル、および電力レベルは例であり、適切なＤＣ−ＤＣコンバータが構築される限り、本開示の実施形態は、事実上、任意の電圧レベル、電力レベルなどに対して想定され得ることも理解されるであろう。当業者であれば、図５〜図７および図９−図１１を参照して説明した回路は、例えば、記載されたもの以外の追加的な構成要素を含むとしてもよいことを理解する。さらに、開示された実施形態に対する変形は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の検討から、請求された発明を実施する際に当業者によって理解され達成され得る。請求項において、単語「具備する」は他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数を排除するものではない。本開示で言及される機能単位間のタスクの分割は、必ずしも物理的単位への分割に対応するわけではない。反対に、１つの物理的構成要素が複数の機能性を有することがあり、１つのタスクが協調していくつかの物理的構成要素によって分散方式で実行されることがある。ある手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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